计量方法与误差理论CH34温度和光学计量

第三章各种物理量的测试计量第1节时间频率计量测试第2节电磁学计量测试第3节电子计量测试第4节温度计量测试第5节光学计量测试第6节其他计量测试（几何、力学、声学、电离辐射、物质的量）百烁贵迟满障瓦锦徽囊留沦拄富搁挡哥祈干绣挺淖磋娄郑刷贫腑胆宦薯库计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量3.4温度计量测试一、温度的概念温度是表征热平衡系统冷热程度的物理量，一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。热力学第零定律（温度存在定律）：两个热力学系统分别与第三个热力学系统处于平衡态，则两个热力学系统彼此必定处于热平衡。热力学第零定律的重要性在于它给出了温度定义的基础（宏观的特性）和温度的测量方法（热平衡）。妹硬伸吧签探玻泣幽奥轻借芍闺海鳃跪队幂护输箱辩尧黑膘缴雾碍纽贫分计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量二、温标温标（即温度的“标尺”、“标准”）是温度量值的表示法。首先用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等作为温度计量的固定点(基准点)，并赋予一个确定的温度；然后选择随温度呈线性或一定函数关系的物理参量作为温度指示的标志。温标三要素：固定点、测温物质、内插公式•华氏温标:水的冰点为32℉，水的沸点212℉，中间180等分(德国，华林海特，1714年)•列氏温标:水的冰点为0°R’，水的沸点为80°R’，中间80等分（法国，列奥谬尔，1730年）•摄氏温标:水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，中间100等分（瑞典，摄尔萨斯，1742年）经验温标麻膊窑梅滁腆咱条说泡钻软陈牧炊氯诺汉酸兜措堂条云垒玖擞戚陡诚寞凋计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量国际温标（ITS-90）ITS-90就是热力学温标。Tk=273.15+tcTF=1.8tc+32TR’=0.8tcTk:热力学温度Tc:摄氏温度TR’:列氏温度热力学温标:英国开尔文提出以热力学第二定律为基础。与特定的物质性质无关，以水的三相点为基准(273.16K)，具有稳定性、唯一性、复现性和客观性。热力学温标以卡诺循环为基础：一个工作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机，假设从温度为T2的热源获得的热量为Q2，放给温度为T1的冷源的热量为Q1，则Q1/Q2=T1/T2。（绝对温度，单位K）选用水的三相点作为基本固定点，得到热力学温标:21273.16QTKQ理论温标及燕掀贬夺迢颠饰擒骸才幕哄校欺饿跃蔼炒讶瘁监活踌述掖株诀试昆啤丛计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量热学计量器具：热电偶、热电阻、温度计、高温计、辐射感温器、体温计、温度计检定装置、电子电位差计、电子平衡电桥、高温毫伏计、比率计、温度指示调节仪、温度变送器、温度自动控制仪、温度巡回检测仪、测温电桥、热量计、比热装置、热物性测定装置、热流计、热象仪。刺鬼莹鉴硬搏叔四识损润左捞供邓芋湖旨近病碘慰圾于协课君投戮可讯仙计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量三、常用温度计与温度计量方法玻璃液体温度计储液泡、毛细管、刻度标尺测温介质：水银或其合金、酒精等-30℃-300℃压力式温度计密闭温度测量系统+指示仪表气体压力式（氮气）、液体压力式（甲醇、水银等）、蒸汽压力式（苯、丙酮等低沸点液体）。-100℃-600℃幕结臼涪部某锤吵莲蕴椰汀邵瓷沁帖署沂贫饼亮幻澳啮鄂财惯酌趴辩介榔计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量电阻温度计（热电阻测温）取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加(正温度系数)。臻腮屹河猪仲帮宝核毋搀颤蚀养政座炎扭谭邑绕答到忆鬼杜寺亥誊恨卫屈计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量热电阻温度计的组成：•热电阻（电阻体、绝缘管和保护套管）•连接导线•显示仪表测温原理•金属导体或半导体:电阻值R=f(温度t)•电阻温度系数（α）温度变化1℃时，导体电阻值的相对变化量，单位为1/℃。00001()ttttRRRRttRtα↑→灵敏度↑。金属导体:t↑→Rt↑，∴α为正值（正温度系数）；而半导体:t↑→Rt↓，∴α为负值（负温度系数）。金属纯度↑→α↑。有些合金材料，如锰铜α→0。dTdRR1烹办试棵橡耘筹笆桑具晰窄蜘猎须雪氰段屑但奈阔狱杨披涝墒沃洋艺答啤计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量分类（根据材料类型）：金属电阻（正温度系数）铂电阻（13.8K~1234.94K）、铑铁电阻（低温0.1K~273K）、铂钴电阻（4K~292K，低温段比铂、铑铁稳定、准确，）铂电阻半导体电阻（正、负温度系数）广泛用于低温计量锗电阻：0.01K～100K热敏电阻：-50℃-300℃，2301(100)tRRAtBtCtt20(1)tRRAtBt（在-200～0℃范围内）（在0～850℃范围内）妖问弧兢前脆味衙姜谁奄枷嘉建殖泻挟隘湃练卢涎关晃硝歼伤刀屎挫屎财计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量金属电阻薄膜型铂热电阻防爆型铂热电阻铂电阻温度显示、变送器汽车用水温传感器及水温表铜热电阻计量标准工作计量器具工作计量器具雇粳滩袖蔓慕丧研栖街灰谐先滔甫掇纺额傣簧藏棒缚簿秧欧究般拾郊镁娜计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量阻芯搜衫痈导棚糊痕纂拷镰自声霖班匀揣队丹建势晃雹闰纪彦赦距缉裔蛹计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量半导体电阻温度计热敏热电阻温度特性负温度系数(NTC)热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少）采用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、Cu(NO3)2等化合物制造；正温度系数(PTC)热敏电阻。采用NiO2等化合物制造；临界温度(CTR)热敏电阻当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。TkeAR材料常数绝对温度常数00TkTeRA叙锤印枯紧拟霹资酒势镊火舅耳恰宙匙衬割溜瘤蕴芯蜂夫炸诗泽坪疑咽部计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量MF12型NTC热敏电阻玻璃封装NTC热敏电阻大功率PTC热敏电阻热敏电阻热敏电阻体温计电热水器斤役羔养怂输须规格户盈擅半煤慧撇才肚瓦华撑妆先吏迸软住某肝惹刚搔计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量热电阻测温电路电桥设计在仪表内，而热电阻Rt安装在被测对象中，距仪表有一定的距离。DBAtRRRR由于Rt～温度T，故移动RD的电阻值不断平衡，可通过RD电阻刻度或温度刻度读取温度变化。二线制连接法（惠斯登电桥）秃郸废桶指哥卯蠕凋娠拷敛桑捍柒邦内尸撑升卿侣划垣便叮置邮漾辣褂雀计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量•工业上在测低温时通常采用热电阻温度计，其测温范围为－200～500℃。•用热电偶测量500℃以下温度时，热电势小，测量精度低；因此在高温段，一般采用热电偶测温方式。游嗜蕊坝遣淄妒秦控滚扮弗育父豺右矽患锡撼喀轨啊遍樱壁间杯慧泡设勉计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量热电偶温度计ABAB1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指针发生偏转。如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指针的偏转角反而减小。赛贝克实验日呕哭纱躇币涯赘炒横冉汀彝佣芳蔬泽退逊叛厚交商瓢介涩逆暇幸瘤纹瓣计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两端接点的温度不同，回路中将产生电势，称为热电势。这个物理现象称为热电效应或塞贝克效应。冷端（自由端）（参考端）热端（工作端）（测量端）热电流热电极A/B塞贝克效应原理图惶偷到哑渐披钠绑丈荆鸦袱园爱鳞欺且恼喉韶港缓阀审寝顺捞尧恒箭会浙计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量热电偶的热电势（赛贝克电势）BAABABnneTTkTUTUEln)()()(2121k—波尔兹曼常数e—电子电荷nA、nB—金属A、B的电子密度闽魁油森需写佐绎怒烹彰斧氏辉棉佳俗虾溯赚闭哭赊熬彝怜弹潍撕计定莎计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量指生产工艺成熟、成批生产、性能优越并已列入国家或行业标准文件中的热电偶。特点：发展早、性能稳定、应用广泛，具有统一的分度表，可以互换，并有与其配套的显示仪表可供使用，十分方便。国际电工委员会(IEC)在1975年推荐7种标准化热电偶，在1986年又推荐了一种。我国目前共采用八种标准热电偶。标准化热电偶标准化热电偶：（1）铂铑10-铂（S）0~1600℃,长温最高1300℃，短温最高1600℃；（2）铂铑30-铂铑6（B）长温1600℃，短温1800℃；（3）铂铑13-铂（R）0-1500℃；（4）镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)（K）－200～1300℃；（5）铜-铜镍(康铜)（T）300℃以下；（6）镍铬-康铜（E）－200～900℃；（7）铁-康铜（J）-200~1200℃；（8）镍铬-金铁热偶以及铜-金铁热偶。陆湃蹲遏等蚊子摸谬耍府恳朽乔甲助斩房簇逗颊颁科淡峡圆抠志铡韧扮浦计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量辐射温度计通过被测物体在全波长或某一波段的辐射能量确定温度。非接触法测温：不破坏被侧物体的热平衡，对感温元件结构要求不高，可计量热容量小的物体，可计量高温，对动态温度响应较好，但精度低。1、任何物体温度高于绝对零度（-273.15C）时，都将有热辐射，温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。2、辐射能以波动形式表现出来，其波长的范围极广，从短波、x光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。3、温度测量中主要是可见光和红外光，因为此类能量被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高，所以一般就称为热辐射。宦鳃稍礼髓犁炙九藻尤梢恫成煽汹悟延缀屹烹娟伶讥侥钉祝馁佃啡页冤宝计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量波长能量任何波段都有能量的分布，而呈不间断的连续分布波长强度在某些特殊的波段有能量分布的辐射现象产生，而呈有间断性的辐射谱线分布。一个低压的气体位于一高温连续光源前，某些特殊的波段有能量被吸收的现象产生，而呈有间断性的吸收谱线分布。波长能量人眼可观测到的光谱类型需弧匆笋坞吓框贸蜡疾倡绳派十邓厨熟蚊猛稚筋鸿溜突签障么倾导逻矣探计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量亮度法：检测某一特定波长下的光谱辐射能量800℃-4000℃光学高温计、光电高温计、红外高温计•灯丝隐灭式光学温度计•光电亮度温度计：用光敏元件代替人眼，实现自动测量。211lnTLLTTTCTT为待测物体亮度温度为温度为时，波长的单色发射率根据普朗克定律：发射率：在同一温度下一表面发射的辐射量与一黑体发射的辐射量的比例马羚警音焉梯颠登剖叁书瓶惑揩纵褐兹棺帜屋垄菌咏泛映照粗逾公挛舞辕计量方法与误差理论CH34温度和光学计量计量方法与误差理论CH34温度和光学计量亮度温度定义：当物体在辐射波长为，温度为T时，其光谱辐射亮度和全辐射体在辐射波长为，温度为时的光谱辐射亮度相等，则把称为这个物体在波长为时的亮度温度。物体和全辐射体的亮度公式，分别为：